快速响应太阳同步轨道/发射窗口一体规划

在定点发射条件下,针对中国目标区域的典型任务,研究了快速响应太阳同步轨道及发射窗口的一体规划方法。基于固定的火箭飞行地心角和飞行时间,根据发射点和目标点位置关系,通过球面几何原理,提出了快速响应太阳同步轨道及发射窗口的解析规划方法。针对具体任务,得到了快速响应太阳同步轨道和发射窗口的规划结果,并通过STK仿真进行了验证,证明了规划方法的可行性、实用性,对空间快速响应轨道规划具有借鉴意义。     

偶数重连续覆盖的Walker星座设计方法

针对期望覆盖重数为偶数重时连续覆盖Walker星座的构型设计问题,提出一种基于覆盖带理论的构型设计方法。首先分析同轨道卫星组成覆盖带时的构型设计特例,随后将结论推广,改进了传统Walker星座的构型表征形式并提出覆盖带构型参数。基于轨道参数的相平面映射,给出了异轨卫星组成覆盖带时特征宽度的计算方法。通过分析相平面上覆盖带的拼接情况,给出了轨道倾角的优化策略和偶数重覆盖任意纬度的Walker星座设计步骤。所提出方法能显著提高构型枚举效率,且能满足不同纬度范围的覆盖需求。仿真表明,该方法能减少约10%覆盖所需的卫星数量,并能通过调整构型参数进一步优化轨道面数量。     

空间快速响应航天器轨道/弹道一体化规划

以空间应急响应任务为背景,采用轨道/弹道一体化规划设计方法,实现空间快速响应航天器全程飞行轨迹规划。在分析弹道设计参数对轨道参数影响性的基础上,将弹道规划分为程序角参数设计和发射诸元参数设计,采用改进的粒子群算法和牛顿迭代法进行混合优化求解。算例表明,使用混合优化求解方法收敛速度快,迭代次数少,易于工程实现,能满足一体化任务规划的快速性要求,可为空间快速响应航天器设计提供理论参考。     

基于均匀设计的空间目标监视卫星覆盖能力仿真分析

将均匀设计方法应用到空间目标监视卫星覆盖能力仿真分析中是一种有益的尝试。在本文中,提出了利用均匀设计方法安排试验、STK仿真软件模拟试验的研究思路,能够更简单、更省时地分析空间目标监视卫星覆盖能力指标与各影响因素之间的关系。通过回归分析与规划求解得到最好的覆盖能力指标及各因素配置方案,对空间目标监视卫星覆盖能力的提高、轨道部署的优化和应用的拓展很有裨益。
     

一种基于任务分区的轨道转移飞行器轨迹重规划方法

针对轨道转移飞行器入轨任务中可能的异常状态,提出一种基于任务分区的在线轨迹重规划方法。将重规划问题描述为非线性系统最优控制问题,在地心惯性坐标系中建立飞行器的状态方程。考虑轨道倾角偏差与远地点高度偏差,设计任务分区并完成目标轨道决策。根据不同分区确定相应的性能指标与约束条件,以目标轨道为圆轨道的任务为例,构建凸优化问题并采用序列凸规划方法完成求解,使轨道转移飞行器出现飞行偏差时能够预测可达范围并重新规划任务飞行轨迹。仿真结果表明这种方法可以在飞行任务中快速实现不同条件的轨迹重规划设计,对异常状态实现一定程度的补救。     

区域覆盖混合星座设计

针对我国邻海海上运动目标探测的需求,提出一种由多种类型卫星构成的区域覆盖混合星座系统方案。选择了合适的轨道类型,利用轨道动力学特性保持不同高度卫星构成的星座的构形;提出了星座配置方案,确定了不同类型卫星的协同工作方式和顺序等;在此基础上给出了轨道设计方法。最后设计了一个由海洋监视卫星簇、光学成像卫星和SAR卫星组成的星座。仿真表明,该星座能够实现预定的设计目标,保持一定的空间和时间关系对给定地区进行一定时间间隔的重访。     

空间快速拦截弹道优化设计研究

对用地基导弹拦截空间低轨目标时的弹道优化设计进行了研究。针对两级导弹,采用同面逆向拦截方式,选择合适的发射点和拦截点。建立了导弹主动段和自由段的弹道模型,对主动段飞行程序参数进行优化,在满足约束飞行程序约束条件下,用牛顿迭代法对拦截弹两点边值问题进行迭代计算,求出飞行程序的参数。仿真计算结果表明:用所提优化方法设计的弹道能满足导弹的性能要求,在飞行程序控制下可在预定时间到达预定的拦截点,实现对低轨空间目标的快速拦截。研究为导弹武器对空间目标拦截的实际应用提供理论基础。     

32颗GPS卫星星座空间覆盖特性建模与仿真

GPS卫星要准确完成定位功能可见卫星数应不少于4颗.通过建立针对低轨、中高轨和大椭圆轨道目标卫星的GPS信号空间几何覆盖模型,利用Matlab计算针对低轨、中高轨和大椭圆轨道的可见卫星数,对目前美国32颗GPS卫星星座的空间覆盖特性进行仿真.仿真结果显示,32颗GPS卫星星座不仅可以对低轨目标实现全轨道覆盖,而且对中高轨和大椭圆轨道也有所覆盖,大大扩展了24颗GPS卫星星座的空间应用.     

基于多圆锥曲线法的着陆器奔月轨道设计与特性分析

针对载人登月任务中人货分运飞行模式,精确快速设计了着陆器(LM)的奔月轨道,分析了轨道窗口特性。以着陆器的奔月出发时刻、纬度幅角和加速脉冲为设计变量,基于多圆锥曲线法动力学模型,利用序列二次规划（SQP）优化算法对奔月轨道快速求解。在地心白道系下提出了近月点伪经度判别准则,该方法可为轨道设计参数初值提供正确参考。最后以伪倾角为窗口特性分析参数,发现了近月点窗口、近地点出发位置的变化规律。仿真结果表明,本文提出的伪经度搜索方法能够快速求解着陆器地月转移轨道,同时揭示了环月到达轨道(LLO)与近地出发轨道(LEO)之间的内在联系,研究结论可为未来载人登月工程提供借鉴。     

快速访问回归轨道与弹道一体规划

针对地面发射快速响应空间需求问题,考虑轨道参数和弹道参数之间互为输入、深度耦合的实际,首先根据简化弹道模型给出了快速访问回归轨道设计方法,然后以轨道参数为输入开展快响火箭弹道规划,在此基础上以规划得到的弹道参数修正简化弹道参数,通过不断迭代,直至简化弹道参数与规划得到的弹道参数之间的误差满足要求,进而得到了满足任务需求的快响回归轨道及弹道参数。具体算例证明了该方法的可用性和有效性,可为快速响应轨道及弹道规划提供理论路径和技术支撑。     

基于粒子群的非规则区域连续覆盖星座设计

针对非规则区域连续覆盖问题,采用回归轨道的共星下点轨迹星座方案,提出基于粒子群算法(PSO)求解单颗卫星轨道参数、解析法求解星座轨道参数的方法。首先,建立了回归轨道区域覆盖模型;其次,以非规则区域覆盖范围最大为性能指标,基于粒子群算法求解单颗卫星轨道参数;最后,根据共星下点轨迹星座约束关系,解析求解星座轨道参数。仿真表明,该方法可实现非规则区域100%的连续覆盖,星座轨道参数求解在5s以内,具有较好的工程应用价值。     

利用升交点经度进行轨道设计的方法

以升交点经度的范围来描述所有能覆盖到目标的轨道。利用球面三角方法详细讨论了在考虑地球形状Ｊ２项的摄动影响时，各种情况下能覆盖目标点的轨道的升交点经度范围，并将其推广到对区域目标的覆盖，给出了完整的解析表达式。结合实例给出了利用该表达式进行有连续覆盖、覆盖次数及过顶时间要求时的轨道设计方法。该方法的优点是无需进行轨道读物计算，仅用解析表达式即可快速地设计出满足覆盖要求的轨道。     

基于平衡滑翔的升力再入攻角设计分析及应用

针对面对称中高升阻比飞行器再入攻角的优化问题,从工程角度系统分析了升力再入攻角优化问题的多种约束,基于平衡滑翔条件结合失速攻角、初始再入攻角和平衡滑翔攻角等,得到了再入段飞行的攻角设计空间,并给出了再入攻角剖面设计的具体可行方法。所提出的设计方案可用于快速选定满足各种过程约束的速度-攻角剖面;将该攻角设计方法应用于覆盖区优化问题,在继承已有方法的快速求解速度下,仿真结果及对比表明所规划的攻角剖面具有与直接法相似的最优性。     

地月空间NRHO与DRO在月球探测中的应用研究

针对地月系统三体问题低能往返轨道转移在月球探测中的应用研究，结合天体借力飞行技术与混合优化技术，系统分析了不同目标轨道与借力方位对任务飞行时间与燃料消耗等关键参数的影响，给出了往返轨道设计初值的选择策略。针对轨道设计初值猜想问题，首先采用遗传算法与二体Lambert转移快速确定轨迹拼接点初值。在同时考虑近月点与近地点多约束条件下，基于序列二次规划算法与多重打靶法进一步对燃料最优的地月往返轨道进行研究，并推导了约束方程解析梯度提高设计效率。最后分析近月点高度、不同目标轨道的转移时间与燃耗变化特性，对于考虑月球借力的地月空间轨道往返转移设计及参数选取具有重要的参考价值。     

卫星星座应用设计

本文以低地轨道小卫星星座为研究对象，讨论了星座覆盖性能分析方法，对各种覆盖性能指标进行了分析评价；在此基础上探讨了星座设计的一般准则及优化方法，并针对某一类型任务对两轨道面和三轨道面星座进行了优化设计，阐述了星座优化设计的关键以及不同轨道面数目下星座优化的潜力和特点。     

空间目标远距离相对运动的非开普勒特性研究

空间目标相对运动是空间机动的基础,所采用的研究方法是开普勒轨道的扩展与改进。将空间目标相对距离用地心角描述,建立小偏心率假设下两目标地心角表示的相对距离一阶近似解析表达式,讨论了近地轨道空间目标相对距离的周期性,相对距离变化曲线可以看作是一个缓慢变化周期曲线上的快速振荡。分析了考虑摄动影响时相对轨道倾角和轨道交点随时间的漂移,并对长期摄动影响作用下轨道交点的运动进行了分析和计算。依据上述分析,对相对运动的非开普勒特性进行了讨论。
     

载人登月绕月自由返回轨道混合-分层优化设计

针对载人登月绕月自由返回飞行任务,提出一种混合-分层轨道优化设计方法。将高精度模型下强约束自由返回轨道设计问题转化为有约束非线性规划求解问题,在此基础上提出一种混合-分层优化求解策略。在双二体模型下利用差分进化算法(DE)与序列二次规划(SQP)相结合的混合优化算法快速求解了满足弱约束条件下的轨道初值问题。采用序列二次规划(SQP)构造两层迭代格式,在高精度模型和强目标约束下对初步设计轨道进行逐层修正。最后,通过仿真测试,文章所述方法的可行性与有效性得到了验证。仿真飞行结果还进一步表明该设计方法具有求解精度高、收敛速度快等优点,为探月工程任务提供了一种有效的轨道设计工具。     

针对特定区域的雷达卫星低倾角轨道及组网研究

为提高对中低纬度带特定区域的时间分辨率,对雷达卫星可选择低倾角地面轨迹重复轨道进行了研究。定义了地面轨迹重复轨道,考虑因地球带谐项摄动地方时存在周期性变化,结合轨道和载荷特点,提出了针对特定区域多星组网、轨道面均分、合理设置纬度幅度使地面轨迹一致,实现互补最大重访时间盲区的组网设计方法。给出了以福州为目标区域的雷达卫星轨道及组网设计,分析了其覆盖能力和重访特性。仿真表明:采用低倾角地面轨迹重复轨道具备对特定区域每天连续4~5轨的覆盖能力,通过3颗卫星组网,最大重访时间即可缩短至2h内,可较好地适于雷达卫星对特定区域成像侦察任务。     

共面变相位星座多目标交汇序列优化方法

针对空间多目标交汇时空约束繁杂、轨道能量影响变量多的特点,从空间几何解析法入手,提出基于穿越点的共面变相位交汇方法,在Lambert椭圆轨道机动的基础上,给出了机动装置共面变轨相位快速确定方法,总结了变轨速度需求以及运载段分离条件已知情况下相位角和转移时间的包络区,并基于覆盖效能对目标发射序列进行了优化,仿真验证了相关结论,得到的结果符合预期。     

侦察卫星星座覆盖性能仿真分析软件设计

为了快速、便捷分析天基侦察系统的对地覆盖性能,开展综合对比分析,设计开发天基侦察卫星星座对地覆盖性能仿真分析系统。仿真系统基于VS2010平台开发,通过软件交互接口调用STK引擎完成计算,使用Matlab编译的库函数完成仿真数据处理及可视化输出。仿真系统采用Redis数据库实现输入参数和仿真结果的存储,并提供与外部程序静态和动态交互功能。仿真系统提供独立仿真和协同仿真两种工作方式,可独立运行分析星座覆盖性能,也可作为其它仿真系统的一部分,在外部命令控制下运行。经应用测试,该系统可以快速、有效完成卫星星座对地面目标的覆盖性能对比分析,为天基侦察系统星座构型设计论证提供支撑。